¿Cómo convierte una antena la energía eléctrica en energía electromagnética?

La capacidad de las antenas para acoplar señales eléctricas con radiación electromagnética de espacio libre es posible gracias al hecho de que las cargas aceleradas irradian energía electromagnética.

Las antenas, como la antena dipolo simple de abajo, son impulsadas por una corriente alterna oscilante con una frecuencia correspondiente a la frecuencia de las ondas radiadas. Esto crea una situación en la que los electrones se aceleran continuamente desde la parte superior, hacia la parte inferior y hacia atrás nuevamente.

Como se necesita energía para acelerar las partículas, esa energía debe ir a algún lado para cumplir con la ley de conservación de la energía. Para el caso de partículas cargadas, esta energía se irradia en forma de ondas electromagnéticas. El patrón de radiación resultante se parece a uno debajo, donde el amarillo representa regiones de campo eléctrico positivo y el azul representa regiones de campo eléctrico negativo.

Al organizar las antenas en otras geometrías, como la configuración Yagi-Uda, la antena de parche y la antena familiar con un plato parabólico grande, puede formar con precisión los patrones de radiación y dirigir la energía en una dirección particular.

Considere las ecuaciones estándar de Maxwell:

[math] \ bigtriangledown \ times E = – \ frac {\ partial B} {\ partial t} [/ math]
[matemáticas] \ bigtriangledown \ times H = \ frac {\ partial D} {\ partial t} + J [/ math]
[matemáticas] \ bigtriangledown \ bullet B = 0 [/ matemáticas]
[matemáticas] \ bigtriangledown \ bullet D = \ rho [/ matemáticas]

Todo lo que está haciendo en el caso de una antena es resolver lo mencionado anteriormente para un conjunto específico de condiciones de contorno; está obteniendo un campo eléctrico variable [math] E [/ math] que se irradia (y el campo magnético asociado [math] H [/ math]) para una distribución de corriente de fuente [math] J [/ math] que es una función del tiempo

Generalmente, el factor tiempo se consume mediante la cancelación del término [math] e ^ {j \ omega t} [/ math] (también puede considerar la superposición para múltiples frecuencias) y el [math] j \ omega [/ el término matemático se obtiene mediante la diferenciación requerida.

El objetivo es elegir una distribución actual [matemática] J [/ matemática] para un patrón de radiación deseado. Por lo tanto, si considera un ejemplo de dipolo plegado simple (antena dipolo) en una configuración de antena, el dipolo plegado puede ser impulsado por [math] J [/ math] para permitir la radiación deseada.

Las señales eléctricas no son más que voltajes variables en cualquier función como V = V0Sinwt orv = V0e ^ iwt … Estas variaciones de voltaje también son variaciones de campo eléctrico … Desde _dV / dr = E.
De esta forma, el campo eléctrico varía y simultáneamente el campo magnético también se oscila. Sabemos que las ondas electromagnéticas tienen campos eléctricos y magnéticos oscilantes en los que se crea una onda. Así, la antena convierte las señales eléctricas en ondas electromagnéticas.